Question

5．甲、乙兩組同學想研究“燈泡亮度改變時電功率的變化情況”．實驗室提供的器材如下：兩個實驗室用小燈泡（一個字跡模糊，一個標有“1.5V”）、兩種規格（“0～15Ω”和“0～25Ω”）的滑動變阻器各一個、電源（電壓相等且保持不變）、電流表和電壓表、開關、導線若干．

（1）電路連接后，閉合開關發現小燈泡不亮，但電流表和電壓表均有示數；接下來進行的操作正確的是C
A．檢查滑動變阻器是否斷路 B．檢查小燈泡是否斷路
C．移動滑動變阻器的滑片 D．檢查開關是否接觸良好
（2）在兩組同學移動滑片的過程中，電表示數和燈的亮度都發生變化，當滑動變阻器的滑片都移到中點時，電壓表示數均為1.5V，電流表示數也相同（如圖1所示），此時甲組的小燈泡比乙組的小燈泡暗．
①電流表的讀數為0.2A．
②甲（選填“甲”或“乙”）組選用的小燈泡標有“1.5V”字樣．
（3）請在圖2中將乙組同學設計的電路圖補充完整；乙組同學所選用的滑動變阻器規格為0～15Ω．
（4）兩組同學所使用的電源電壓是4V．

Answer 1

分析 （1）閉合開關后，發現小燈泡不亮，但電表有示數，說明電路是通路，可能是連入電阻太大，電路中電流太小所致，分析電阻過大的原因，然后進行下一步操作；
（2）①根據電流表的量程、分度值以及指針的位置讀出電流表的示數；
②（3）先根據歐姆定律的變形公式U=IR分別求出滑動變阻器的滑片位于中點時滑動變阻器兩端電壓，從而確定甲乙選擇滑動變阻器的規格；同時確定標有1.5V的燈泡；
（4）根據串聯電路電壓的特點即可求出電源電壓．

解答 解：（1）閉合開關前，滑片置于阻值最大處，閉合開關后，電流表有示數，說明電路是通路，電路不存在斷路，滑動變阻器阻值全部接入電路，電路總電阻很大，電路電流很小，燈泡實際功率很小，可能不足以引起燈泡發光，下一步操作：移動滑動變阻器滑片，觀察小燈泡是否發光；故選C；
（2）①根據圖a可知，電流表的量程為0～0.6A，分度值為0.02A，示數為0.2A；
②（3）根據題意“電流表示數也相同，此時甲組的燈泡比乙組的暗”可知，乙組燈泡的實際功率較大，乙組燈泡的實際電壓較大，根據串聯分壓的知識可知，乙組滑動變阻器分得電壓較小，則乙組的滑動變阻器接入電路的阻值較小，且滑片均在中點，說明乙組同學所選用的滑動變阻器最大阻值較小，其最大阻值為15歐；所以乙組同學所選用的滑動變阻器規格為0～15Ω，甲組所選用的滑動變阻器規格為0～25Ω．
當滑片在中點時，甲組滑動變阻器兩端電壓為：U₁=I×$\frac{1}{2}$R₁=0.2A×$\frac{1}{2}$×25Ω=2.5V；
乙組滑動變阻器兩端電壓為：U₂=I×$\frac{1}{2}$R₂=0.2A×$\frac{1}{2}$×15Ω=1.5V；
由于電壓表示數均為1.5V，故甲組同學是把電壓表并聯在小燈泡的兩端，乙組同學是把電壓表并聯在滑動變阻器的兩端，即標有1.5V的燈是甲．
乙組同學設計的電路圖如下圖所示：

（4）因為串聯電路兩端電壓等于各部分電壓之和，并且電源電壓不變，
根據甲組同學的數據可知，因此電源電壓：U=U_L+U₁=1.5V+2.5V=4V；
故答案為：（1）C；（2）①0.2； ②甲； （3）見上圖；0～15Ω；（4）4．

點評 本題考查了補全電路圖、求電源電壓，本題難度較大，是一道難題，只有認真分析題意、應用串聯電路規律、電功率公式才可以正確解題．